一种重载桁架搬运机器人及其搬运方法与流程

本发明涉及车桥桥壳加工技术领域，尤其涉及一种重载桁架搬运机器人及其搬运方法。

背景技术：

摩擦焊，是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。

后桥壳总成是车辆重要的承重部件，其大约承受着整车总质量的2/3，事关整车行驶的可靠性和安全性，因此，后桥壳本体与其两端轴头的焊接是至关重要的。车辆后桥壳本体与轴头的焊接一般会采用双头车桥摩擦焊机进行焊接的方式，在连续焊接的过程中，需要对桥壳中段和轴头不断进行上料，目前采用的上料方式是通过六轴联动机器人来进行上料，但由于六轴联动机器人并非专用于桥壳中段和轴头焊接过程的上料，因此焊接程序复杂且设备昂贵，因此，需要研制一种专门针对桥壳中段和轴头进行上料的机械，以降低成本并实现高效上料。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种重载桁架搬运机器人，以解决在对桥壳进行轴头焊接的过程中上料成本高和上料效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种重载桁架搬运机器人，包括桁架、桥壳输送装置、轴头上料装置、桥壳抓取机械手、轴头上料机械手以及控制装置，所述桁架前部下方设有所述桥壳输送装置和轴头上料装置，所述桥壳输送装置位于所述轴头上料装置前方，所述桁架后部下方形成装夹焊接区，所述桁架顶部于所述桥壳输送装置与所述装夹焊接区之间设有第一滑轨，所述第一滑轨上滑设有所述桥壳抓取机械手，所述桁架顶部于所述轴头上料装置与所述装夹焊接区之间设有第二滑轨，所述第二滑轨上滑设有所述轴头上料机械手，所述桥壳抓取机械手与所述第一滑轨之间以及所述轴头上料机械手与所述第二滑轨之间均安装有第一驱动装置，所述第一驱动装置用以驱动所述桥壳抓取机械手或所述轴头上料机械手滑动，所述桥壳输送装置包括第一链板输送机构、第二链板输送机构以及转盘转运车，所述第一链板输送机构和所述第二链板输送机构均横向设置，所述转盘转运车设于所述第一链板输送机构与所述第二链板输送机构之间且位于所述桥壳抓取机械手下方，所述轴头上料装置包括第三链板输送机构和翻转装置，所述第三链板输送机构横向设置且位于所述轴头上料机械手下方，所述第三链板输送机构上于所述第二滑轨外侧设有翻转装置，所述桥壳输送装置、轴头上料装置、桥壳抓取机械手以及轴头上料机械手分别与所述控制装置通过控制线路连接，所述第一驱动装置与所述控制装置通过控制线路连接。

优选的，所述翻转装置包括支撑架、夹具、滑座、翻转电机以及伺服丝杆机构，所述支撑架固定安装于所述第三链板输送机构的机架上且位于所述第三链板输送机构上方，所述滑座竖向滑设于所述支撑架上，所述夹具转动安装于所述滑座上，所述翻转电机固定安装于所述滑座上，所述翻转电机驱动所述夹具翻转，所述支撑架与所述滑座之间设有所述伺服丝杆机构。

优选的，所述第一滑轨的左右两侧分别设有一个所述第二滑轨，所述第二滑轨上滑设有所述轴头上料机械手，每一个所述轴头上料机械手的外侧均设有翻转装置。

优选的，所述桥壳抓取机械手包括第一支撑梁、第一升降臂，第二驱动装置以及机械夹爪，所述第一支撑梁横向设置且滑设于所述第一滑轨上，所述第一升降臂的上端与所述第一支撑梁横向滑动连接，所述第一升降臂的下端安装有所述机械夹爪，所述第一支撑梁与所述第一升降臂之间安装有所述第二驱动装置，所述第二驱动装置用以驱动所述第一升降臂横向滑动，所述桥壳抓取机械手包括桥壳上料机械手和桥壳下料机械手。

优选的，所述轴头抓取机械手包括第二支撑梁、第二升降臂，第三驱动装置以及三指定心卡盘，所述第二支撑梁横向设置且滑设于所述第二滑轨上，所述第二升降臂的上端与所述第二支撑梁横向滑动连接，所述第二升降臂的下端安装有所述三指定心卡盘，所述第二支撑梁与所述第二升降臂之间安装有所述第三驱动装置，所述第三驱动装置用以驱动所述第二升降臂横向滑动。

优选的，所述第一升降臂和第二升降臂均包括上支臂和下支臂，所述上支臂和下支臂之间设有伺服丝杆机构，所述第一驱动装置和第二驱动装置为齿轮齿条驱动机构，所述第三驱动装置为伺服丝杆驱动机构。

优选的，所述转盘转运车包括车体、转盘以及第四驱动装置，所述转盘转动安装于所述车体顶部，所述第四驱动装置安装于所述车架上用以驱动所述转盘旋转。

优选的，所述第一链板输送机构、第二链板输送机构以及第三链板输送机构均包括机架、链板、链轮以及驱动电机，所链板为环形，所述链板通过所述链轮安装于所述机架上，所述驱动电机驱动所述链板转动。

优选的，所述第三链板输送机构上设有若干用以检测轴头位置的位置传感器，所述位置传感器连接所述控制装置。

本发明所解决的另一个技术问题是，提供上述重载桁架搬运机器人的搬运方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种重载桁架搬运机器人的搬运方法，包括以下步骤：

1)启动控制装置，人工将待焊接的桥壳中段吊装到第一链板输送机构上，第一链板输送机构将桥壳中段运送到转盘转运车上，转盘转运车将桥壳中段旋转90度，桥壳上料机械手将桥壳中段吊起至焊接区的焊机上进行装夹，所述桥壳上料机械手完成送料后自动回位夹取工件等待；

2)人工将待焊接的轴头吊装到第二链板输送机构上，所述第一件轴头经过第一个所述翻转装置时被放行至第二个翻转装置的翻转工位，第二件轴头到达第一个翻转装置的翻转工位被阻停，两个翻转装置的夹具抓夹轴头工件后将轴头竖直旋转90度，使轴头大径端指向内侧，轴头上料机械手将轴头吊起至焊接区的焊机上进行装夹。

3)通过焊机对桥壳中段和其两端的轴头进行摩擦焊接；

4)待焊接完成后桥壳下料机械手跟随桥壳上料机械手前进，桥壳上料机械手需运行超过焊接区的装夹位等待给桥壳下料机械手腾出装夹空间，桥壳下料机械手装夹完成后将成品送回转运车运走。

5)桥壳上料机械手进入焊接区上料进入下一个焊接工作循环。

采用上述技术方案所取得的技术效果为：

本申请的重载桁架搬运机器人在桥壳与轴头进行焊接的过程中可以实现自动化上、下料，焊接过程中只需要人工将待焊接的桥壳中段和轴头分别放置到相应的上料输送机构上，该系统即可分别对桥壳中段和轴头进行运输、翻转以及上、下料，焊接完成后，还可将成品自动输出，本申请的重载桁架搬运机器人可以实现桥壳与轴头的自动化上料焊接，上料过程精确高效，可大幅度提高焊接效率，节省了劳动力，并且上下料系统的各组成部分均采用常规的机械元器件组装而成，因此大大降低了加工成本，利于在企业中进行推广和应用。

由于所述翻转装置包括支撑架、夹具、滑座、翻转电机以及伺服丝杆机构，所述支撑架固定安装于所述第三链板输送机构的机架上且位于所述第三链板输送机构上方，所述滑座竖向滑设于所述支撑架上，所述夹具转动安装于所述滑座上，所述翻转电机固定安装于所述滑座上，所述翻转电机驱动所述夹具翻转，所述支撑架与所述滑座之间设有所述伺服丝杆机构，翻转装置可实现对待焊接轴头的翻转。

由于所述第一滑轨的左右两侧分别设有一个所述第二滑轨，所述第二滑轨上滑设有所述轴头上料机械手，每一个所述轴头上料机械手的外侧均设有翻转装置，两侧的所述轴头上料机械手可分别抓取一个经过翻转装置翻转的轴头进行上料，以实现对桥壳两端的轴头进行同时焊接。

由于所述桥壳抓取机械手包括第一支撑梁、第一升降臂，第二驱动装置以及机械夹爪，所述第一支撑梁横向设置且滑设于所述桁架上，所述第一升降臂的上端与所述第一支撑梁横向滑动连接，所述第一升降臂的下端安装有所述机械夹爪，所述第一支撑梁与所述第一升降臂之间安装有所述第二驱动装置，所述第二驱动装置用以驱动所述第一升降臂横向滑动，桥壳抓取机械手可横向滑动以将桥壳中段抓起。

由于所述轴头抓取机械手包括第二支撑梁、第二升降臂，第三驱动装置以及三指定心卡盘，所述第二支撑梁横向设置且滑设于所述桁架上，所述第二升降臂的上端与所述第二支撑梁横向滑动连接，所述第二升降臂的下端安装有所述三指定心卡盘，所述第二支撑梁与所述第二升降臂之间安装有所述第三驱动装置，所述第三驱动装置用以驱动所述第二升降臂横向滑动，轴头抓取机械手可横向滑动以将轴头抓起。

由于所述第三链板输送机构上设有若干用以检测轴头位置的位置传感器，所述位置传感器连接所述控制装置，位置传感器可以采用光孔开关，控制装置接收通过位置传感器的信号并控制左右两个翻转装置互相配合将两个轴头分别抓夹。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明桁架的结构图；

图3是轴头上料机械手结构图；

图4是翻转装置结构图；

图中1、桁架；11、第一滑轨；12、第二滑轨；13、第一驱动装置；21、第一链板输送机构；22、第二链板输送机构；23、转盘转运车；31、第三链板输送机构；32、翻转装置；321、支撑架；322、夹具；323、翻转电机；324、伺服丝杆机构；325、滑座；4、桥壳上料机械手；41、第一支撑梁；42、第一升降臂；43、第二驱动装置；44、机械夹爪；5、轴头上料机械手；51、第二支撑梁；52、第二升降臂；53、第三驱动装置；54、三指定心卡盘；6控制装置；7、桥壳下料机械手；81、桥壳中段；82、轴头；9、焊机；10、位置传感器。

具体实施方式

如图1至图4所示，一种重载桁架搬运机器人，包括桁架1、桥壳输送装置、轴头上料装置、桥壳抓取机械手、轴头上料机械手5以及控制装置6，桁架1前部下方设有桥壳输送装置和轴头上料装置，桥壳输送装置位于轴头上料装置前方，桁架1后部下方形成装夹焊接区。

桁架1顶部于桥壳输送装置与装夹焊接区之间设有第一滑轨11，第一滑轨11上滑设有桥壳抓取机械手，桥壳抓取机械手包括第一支撑梁41、第一升降臂42，第二驱动装置43以及机械夹爪44，第一支撑梁41横向设置且滑设于第一滑轨11上，第一升降臂42的上端与第一支撑梁41横向滑动连接，第一升降臂42的下端安装有机械夹爪44，第一支撑梁41与第一升降臂42之间安装有第二驱动装置43，第二驱动装置43用以驱动第一升降臂42横向滑动，桥壳抓取机械手可横向滑动以将桥壳中段81抓起。桥壳抓取机械手包括桥壳上料机械手和桥壳下料机械手。

桁架1顶部于轴头上料装置与装夹焊接区之间设有第二滑轨12，第二滑轨12上滑设有轴头上料机械手5，第一滑轨11和第二滑轨12并排设置，轴头上料机械手5包括第二支撑梁51、第二升降臂52，第三驱动装置53以及三指定心卡盘54，第二支撑梁51横向设置且滑设于第二滑轨12上，第二升降臂52的上端与第二支撑梁51横向滑动连接，第二升降臂52的下端安装有三指定心卡盘54，第二支撑梁51与第二升降臂52之间安装有第三驱动装置53，第三驱动装置53用以驱动第二升降臂52横向滑动，轴头上料机械手5可横向滑动以将轴头82抓起。

第一升降臂42和第二升降臂52均包括上支臂和下支臂，上支臂和下支臂之间设有伺服丝杆机构324，第一驱动装置13和第二驱动装置43为齿轮齿条驱动机构，第三驱动装置53为伺服丝杆驱动机构。桥壳抓取机械手与第一滑轨11之间以及轴头上料机械手5与第二滑轨12之间均安装有第一驱动装置13，第一驱动装置13用以驱动桥壳抓取机械手或轴头上料机械手5滑动。

桥壳输送装置包括第一链板输送机构21、第二链板输送机构22以及转盘转运车23，第一链板输送机构21和第二链板输送机构22均横向设置，转盘转运车23设于第一链板输送机构21与第二链板输送机构22之间且位于桥壳抓取机械手下方，转盘转运车23包括车体、转盘以及第四驱动装置，转盘转动安装于车体顶部，第四驱动装置安装于车架上用以驱动转盘旋转。

轴头上料装置包括第三链板输送机构31和翻转装置32，第三链板输送机构31横向设置且位于轴头上料机械手5下方，链板输送机构上于第二滑轨12外侧设有翻转装置32，翻转装置32包括支撑架321、夹具322、滑座325、翻转电机323以及伺服丝杆机构324，支撑架321固定安装于第三链板输送机构31的机架上且位于第三链板输送机构31上方，滑座325竖向滑设于支撑架321上，夹具322转动安装于滑座325上，翻转电机323固定安装于滑座上，翻转电机驱动夹具322翻转，支撑架321与滑座之间设有伺服丝杆机构324，伺服丝杆机构324包括伺服马达和丝杆，包括伺服马达安装于支撑架321顶部，丝杆与滑座螺纹连接翻转装置32可实现对待焊接轴头82的翻转。

为了实现对桥壳两端的轴头82进行同时焊接，第一滑轨11的左右两侧分别设有一个第二滑轨12，第二滑轨12上滑设有轴头上料机械手5，每一个轴头上料机械手5的外侧均设有一个翻转装置32，两侧的轴头上料机械手5可分别抓取一个经过翻转装置32翻转的轴头82进行上料。第三链板输送机构31上设有若干用以检测轴头82位置的位置传感器10，位置传感器10连接控制装置6，位置传感器10可以采用光孔开关，控制装置6接收通过位置传感器10的信号并控制左右两个翻转装置32互相配合将两个轴头82分别抓夹。

桥壳输送装置、轴头上料装置、桥壳抓取机械手以及轴头上料机械手5分别与控制装置6通过控制线路连接，第一驱动装置13、第二驱动装置43、第三驱动装置53以及第四驱动装置与控制装置6通过控制线路连接。

第一链板输送机构21、第二链板输送机构22、第三链板输送机构31均包括机架、链板、链轮以及驱动电机，所链板为环形，链板通过链轮安装于机架上，驱动电机驱动链板转动。

本申请的一种重载桁架搬运机器人的进行搬运的方法为：

1)启动控制装置6，人工将待焊接的桥壳中段81吊装到第一链板输送机构21上，第一链板输送机构21将桥壳中段81运送到转盘转运车23上，转盘转运车23将桥壳中段81旋转90度，桥壳上料机械手4将桥壳中段81吊起至焊接区的焊机9上进行装夹，桥壳上料机械手4完成送料后自动回位夹取工件等待；

2)人工将待焊接的轴头82吊装到第二链板输送机构22上，第一件轴头82经过第一个翻转装置32时被放行至第二个翻转装置32的翻转工位，第二件轴头82到达第一个翻转装置32的翻转工位被阻停，两个翻转装置32的夹具322抓夹轴头82工件后将轴头82竖直旋转90度，使轴头82大径端指向内侧，轴头上料机械手5将轴头82吊起至焊接区的焊机9上进行装夹。

3)通过焊机9对桥壳中段和其两端的轴头82进行摩擦焊接；

4)待焊接完成后桥壳下料机械手7跟随桥壳上料机械手4前进，桥壳上料机械手4需运行超过焊接区的装夹位等待给桥壳下料机械手7腾出装夹空间，桥壳下料机械手7装夹完成后将成品送回转运车运走。

5)桥壳上料机械手4进入焊接区上料进入下一个焊接工作循环。